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摘要：水泥稳定碎石基层作为一种常用的半刚性基层类型，具有强度高，承载力大，水稳定性好等优点。因此，开展水泥稳定碎石振动试验研究是十分必要的。本文主要针对不同橡胶粉水泥稳定碎石振动击实试验展开了探讨，对试验的准备作了详细的阐述，并对不同橡胶粉掺量的水泥稳定碎石振动击实试验方面作了系统的分析，以期能为类似工程的需要提供参考和借鉴。
关键词：橡胶粉；水泥稳定碎石；试验
引言
水泥稳定碎石，主要由粒料和灰浆体积组成。粒料为级配碎石，灰浆体积包括水和胶凝材料，胶凝材料由水泥和混合材料组成。而在水泥稳定碎石中加入橡胶粉，会极大的改善水稳基层力学性能和稳定性。而本文就不同橡胶粉水泥稳定碎石振动击实试验进行了探讨，相信对有关方面的需要有一定帮助。
1试验准备
1.1原材料
水泥采用P.C32.5水泥，技术指标符合规范要求；集料为石灰岩，技术指标符合规范要求；橡膠粉采用10～40目0.3～3mm连续级配胶粒，表观密度为1220kg·m-3。
1.2级配的选择
采用嵌挤理论计算不同级别集料的孔隙率，再逐级填充从而确定主骨料的级配。骨架密实型级配范围如表1所示。最终选定的水泥稳定碎石骨架密实级配如表2所示。
表1骨架密实型级配范围
表2试验采用级配
1.3试验仪器的选择
考虑到振动压实与静力压实机理的不同，混合料在振动和冲击的作用下，颗粒表面形成一层水膜，从而使颗粒更容易移动而达到密实状态，所以采用室内振动压实试验的方法。根据水泥稳定碎石水稳基层对振动压路机振幅和工作频率的选择要求，一般名义振幅为0.8～2.0mm。工作频率选择范围为25～40HZ，为达到最佳振动效果，振动试验仪的参数选取见表3。
表3振动参数选择
2最大干密度与最佳含水量随橡胶粉
含量的变化规律水泥剂量为4.0%时，掺入含量为0%、2%、4%、8%、10%的橡胶粉，分别进行细度为2～1.2mm（10～20目）、1.2～0.5mm（20～30目）、0.5～0.4mm（30～40目）的a、b、c三组试验。试验前将试料放入烘箱中烘干至恒重；采用强制搅拌的方式保证橡胶粉在混合料中均匀分布；将湿混合料加入试模中，振动击实1～2min；进行试件最佳含水量和最大干密度的测试。
图1为三组试件在加入不同剂量橡胶粉时测得的最大干密度。由图1可知，对于一定粒径的橡胶粉，随着含量的增加，混合料的最大干密度先增大后减小，变化量在0.1kg·m-3左右；橡胶粉掺量在2%～3%范围时，混合料的最大干密度达到最大值；c类橡胶粉可使混合料的最大干密度产生较大变化，其峰值较a、b类大。
图1 橡胶粉含量与最大干密度的关系
分析其原因认为，少剂量的橡胶粉能够填补集料骨架密实结构的空隙，在振动试验条件下，橡胶粉颗粒表面形成的水膜可以促进颗粒移动，达到比较好的密实状态，粒度越细，越有利于增强振动效果；随着橡胶粉含量的继续增加，橡胶粉不再起填充作用，开始在混合料中占据一定体积，从而使干密度下降；c类橡胶粉对混合料最大干密度的影响效果比较明显，因此在实际应用当中选择合适剂量的c类橡胶粉能够提高基层的密实效果。
图2为橡胶粉含量与最佳含水量的关系。由图2可知，混合料的最佳含水量随着橡胶粉含量的增加迅速增加，这是由于橡胶粉的吸水率较大，而且吸水较快。对于相同剂量的橡胶粉，粒度越细，比表面积越大，吸水效果越明显，且掺加c类橡胶粉混合料最佳含水量的值与增长率比a、b类均大。
图2 橡胶粉含量与最佳含水量的关系
3无侧限抗压强度随橡胶粉含量的变化规律
将掺有不同剂量橡胶粉的水泥稳定碎石混合料投入试模振动成型机，得到150mm×60mm的圆柱体试件。把试件置于温度为（20±2）℃、相对湿度不小于95%的养护室内雾化加湿养护7d后，分别进行无侧限抗压强度测试。无侧限抗压强度随橡胶粉含量的变化规律如图3所示。
图3 橡胶粉含量与无侧限抗压强度的关系
由图3可以看出，掺入0%～2%的橡胶粉时，混合料的无侧限抗压强度稍有提高；随着橡胶粉含量的增加，混合料的无侧限抗压强度逐步降低。
主要原因为：橡胶粉具有良好的吸水性和保水性，嵌挤在骨料中，与混合料形成密实结构；橡胶水泥稳定碎石内部存在橡胶颗粒与水泥砂浆包裹界面、橡胶颗粒与碎石之间粘结界面和橡胶颗粒之间或碎石颗粒之间粘结界面等三类界面，随着龄期增长，橡胶水泥稳定碎石试件结构内部第三类界面增多；橡胶粉是一种强度较低的软弹性材料，其含量增加将造成试件整体强度下降，而且由于橡胶粉的弹性效应在一定程度上减弱了水稳碎石混合料后期强度的发展，因此抗压强度较未掺橡胶粉的混合料略有降低。
4冲刷特性研究
水泥稳定碎石材料的冲刷性能与其强度形成过程、材料组成及其空间结构有关。实际工程当中，从道路面层进入基层交界面的雨水，在反复行车载荷作用下会产生动水压力和真空水压，最终引起基层脱空等病害。因此有必要对橡胶水泥稳定碎石进行冲刷特性研究。
采用MTS试验台来做水泥稳定碎石混合料的冲刷试验，该试验原理考虑了水对试件的侵蚀作用和车载对基层顶面的“泵吸作用”，且作用力的大小和频率可控，能够实现精确测量。试验频率为22HZ，作用载荷为1.2MPa。
图4为未掺橡胶粉和掺有2.5%的c类橡胶粉的水泥稳定材料不同龄期的冲刷量直方图，冲刷次数为8000次。由试验结果可知，掺入2.5%的橡胶粉，降低了结合料的冲刷量，随着龄期的增长，冲刷量有所下降，但降幅不明显。
图4 不同龄期的冲刷量变化
产生上述现象的原因是：加入的橡胶粉被水泥浆充分包裹，加强了内部颗粒物质的相互联接，由于橡胶颗粒的弹性，对“泵吸作用”起到缓冲作用；随着冲刷作用的进行，碎石骨料承受主要载荷作用力，颗粒物质内部的联结已经达到稳定状态，细颗粒物质不再直接承受载荷作用，只承受运动水流的冲刷作用。
5干燥收缩性能试验
将掺有不同剂量c类橡胶粉的水泥稳定碎石混合料分别投入试模振动成型机，得到150mm×60mm的圆柱体试件。把试件置于温度为（20±2）℃、相对湿度不小于95%的养护室内雾化加湿养护7d后，在自然温度、湿度的条件下，测定不同失水率下试件的干缩量。通过手持应变仪读取不同时间试件的干缩值。图5为平均干缩系数随橡胶粉含量的变化曲线。由图5可知：随着橡胶粉含量的增加，结合料的平均干缩系数先下降后上升，变化幅度在5%～10%。
图5 橡胶粉含量与平均干缩系数的关系
主要原因是：随着水分的蒸发、水化反应的进行，结合料内部发生毛细管作用、吸附作用、分子间作用等反应，引起水泥稳定碎石混合料的体积收缩。对于未掺入橡胶粉的混合料，骨架孔隙率比较大，受到的毛细张力、吸附作用、分子间作用也较大，因此干缩系数比较大；掺有一定量橡胶粉的混合料，其内部的空隙被填充，由于橡胶粉具有良好的保水性和弹性，对毛细张力、吸附作用、分子间作用表现不太敏感，所以干缩系数有减小的趋势；随着橡胶粉含量的继续增加，混合料的比表面积增大，橡胶颗粒表面的水膜由于蒸发作用逐渐变薄，颗粒间的分子引力相互作用，引起收缩系数增大。因此，掺入一定量橡胶粉有利于降低结合料的应变收缩。
6结语
综上所述，本文通过探讨了不同橡胶粉水泥稳定碎石振动击实的试验，对不同掺量的橡胶粉水泥稳定碎石作了论述，旨在能为类似的方面提供参考范例。
参考文献：
[1]蒋应军.基于振动法设计的抗裂型水泥稳定碎石基层应用研究[J].2008（12）.
[2]柴国珺、魏召杰.振动击实法在路面基层、底基层的应用[J].科技信息.2009（25）.
关键词：橡胶粉；水泥稳定碎石；试验
引言
水泥稳定碎石，主要由粒料和灰浆体积组成。粒料为级配碎石，灰浆体积包括水和胶凝材料，胶凝材料由水泥和混合材料组成。而在水泥稳定碎石中加入橡胶粉，会极大的改善水稳基层力学性能和稳定性。而本文就不同橡胶粉水泥稳定碎石振动击实试验进行了探讨，相信对有关方面的需要有一定帮助。
1试验准备
1.1原材料
水泥采用P.C32.5水泥，技术指标符合规范要求；集料为石灰岩，技术指标符合规范要求；橡膠粉采用10～40目0.3～3mm连续级配胶粒，表观密度为1220kg·m-3。
1.2级配的选择
采用嵌挤理论计算不同级别集料的孔隙率，再逐级填充从而确定主骨料的级配。骨架密实型级配范围如表1所示。最终选定的水泥稳定碎石骨架密实级配如表2所示。
表1骨架密实型级配范围
表2试验采用级配
1.3试验仪器的选择
考虑到振动压实与静力压实机理的不同，混合料在振动和冲击的作用下，颗粒表面形成一层水膜，从而使颗粒更容易移动而达到密实状态，所以采用室内振动压实试验的方法。根据水泥稳定碎石水稳基层对振动压路机振幅和工作频率的选择要求，一般名义振幅为0.8～2.0mm。工作频率选择范围为25～40HZ，为达到最佳振动效果，振动试验仪的参数选取见表3。
表3振动参数选择
2最大干密度与最佳含水量随橡胶粉
含量的变化规律水泥剂量为4.0%时，掺入含量为0%、2%、4%、8%、10%的橡胶粉，分别进行细度为2～1.2mm（10～20目）、1.2～0.5mm（20～30目）、0.5～0.4mm（30～40目）的a、b、c三组试验。试验前将试料放入烘箱中烘干至恒重；采用强制搅拌的方式保证橡胶粉在混合料中均匀分布；将湿混合料加入试模中，振动击实1～2min；进行试件最佳含水量和最大干密度的测试。
图1为三组试件在加入不同剂量橡胶粉时测得的最大干密度。由图1可知，对于一定粒径的橡胶粉，随着含量的增加，混合料的最大干密度先增大后减小，变化量在0.1kg·m-3左右；橡胶粉掺量在2%～3%范围时，混合料的最大干密度达到最大值；c类橡胶粉可使混合料的最大干密度产生较大变化，其峰值较a、b类大。
图1 橡胶粉含量与最大干密度的关系
分析其原因认为，少剂量的橡胶粉能够填补集料骨架密实结构的空隙，在振动试验条件下，橡胶粉颗粒表面形成的水膜可以促进颗粒移动，达到比较好的密实状态，粒度越细，越有利于增强振动效果；随着橡胶粉含量的继续增加，橡胶粉不再起填充作用，开始在混合料中占据一定体积，从而使干密度下降；c类橡胶粉对混合料最大干密度的影响效果比较明显，因此在实际应用当中选择合适剂量的c类橡胶粉能够提高基层的密实效果。
图2为橡胶粉含量与最佳含水量的关系。由图2可知，混合料的最佳含水量随着橡胶粉含量的增加迅速增加，这是由于橡胶粉的吸水率较大，而且吸水较快。对于相同剂量的橡胶粉，粒度越细，比表面积越大，吸水效果越明显，且掺加c类橡胶粉混合料最佳含水量的值与增长率比a、b类均大。
图2 橡胶粉含量与最佳含水量的关系
3无侧限抗压强度随橡胶粉含量的变化规律
将掺有不同剂量橡胶粉的水泥稳定碎石混合料投入试模振动成型机，得到150mm×60mm的圆柱体试件。把试件置于温度为（20±2）℃、相对湿度不小于95%的养护室内雾化加湿养护7d后，分别进行无侧限抗压强度测试。无侧限抗压强度随橡胶粉含量的变化规律如图3所示。
图3 橡胶粉含量与无侧限抗压强度的关系
由图3可以看出，掺入0%～2%的橡胶粉时，混合料的无侧限抗压强度稍有提高；随着橡胶粉含量的增加，混合料的无侧限抗压强度逐步降低。
主要原因为：橡胶粉具有良好的吸水性和保水性，嵌挤在骨料中，与混合料形成密实结构；橡胶水泥稳定碎石内部存在橡胶颗粒与水泥砂浆包裹界面、橡胶颗粒与碎石之间粘结界面和橡胶颗粒之间或碎石颗粒之间粘结界面等三类界面，随着龄期增长，橡胶水泥稳定碎石试件结构内部第三类界面增多；橡胶粉是一种强度较低的软弹性材料，其含量增加将造成试件整体强度下降，而且由于橡胶粉的弹性效应在一定程度上减弱了水稳碎石混合料后期强度的发展，因此抗压强度较未掺橡胶粉的混合料略有降低。
4冲刷特性研究
水泥稳定碎石材料的冲刷性能与其强度形成过程、材料组成及其空间结构有关。实际工程当中，从道路面层进入基层交界面的雨水，在反复行车载荷作用下会产生动水压力和真空水压，最终引起基层脱空等病害。因此有必要对橡胶水泥稳定碎石进行冲刷特性研究。
采用MTS试验台来做水泥稳定碎石混合料的冲刷试验，该试验原理考虑了水对试件的侵蚀作用和车载对基层顶面的“泵吸作用”，且作用力的大小和频率可控，能够实现精确测量。试验频率为22HZ，作用载荷为1.2MPa。
图4为未掺橡胶粉和掺有2.5%的c类橡胶粉的水泥稳定材料不同龄期的冲刷量直方图，冲刷次数为8000次。由试验结果可知，掺入2.5%的橡胶粉，降低了结合料的冲刷量，随着龄期的增长，冲刷量有所下降，但降幅不明显。
图4 不同龄期的冲刷量变化
产生上述现象的原因是：加入的橡胶粉被水泥浆充分包裹，加强了内部颗粒物质的相互联接，由于橡胶颗粒的弹性，对“泵吸作用”起到缓冲作用；随着冲刷作用的进行，碎石骨料承受主要载荷作用力，颗粒物质内部的联结已经达到稳定状态，细颗粒物质不再直接承受载荷作用，只承受运动水流的冲刷作用。
5干燥收缩性能试验
将掺有不同剂量c类橡胶粉的水泥稳定碎石混合料分别投入试模振动成型机，得到150mm×60mm的圆柱体试件。把试件置于温度为（20±2）℃、相对湿度不小于95%的养护室内雾化加湿养护7d后，在自然温度、湿度的条件下，测定不同失水率下试件的干缩量。通过手持应变仪读取不同时间试件的干缩值。图5为平均干缩系数随橡胶粉含量的变化曲线。由图5可知：随着橡胶粉含量的增加，结合料的平均干缩系数先下降后上升，变化幅度在5%～10%。
图5 橡胶粉含量与平均干缩系数的关系
主要原因是：随着水分的蒸发、水化反应的进行，结合料内部发生毛细管作用、吸附作用、分子间作用等反应，引起水泥稳定碎石混合料的体积收缩。对于未掺入橡胶粉的混合料，骨架孔隙率比较大，受到的毛细张力、吸附作用、分子间作用也较大，因此干缩系数比较大；掺有一定量橡胶粉的混合料，其内部的空隙被填充，由于橡胶粉具有良好的保水性和弹性，对毛细张力、吸附作用、分子间作用表现不太敏感，所以干缩系数有减小的趋势；随着橡胶粉含量的继续增加，混合料的比表面积增大，橡胶颗粒表面的水膜由于蒸发作用逐渐变薄，颗粒间的分子引力相互作用，引起收缩系数增大。因此，掺入一定量橡胶粉有利于降低结合料的应变收缩。
6结语
综上所述，本文通过探讨了不同橡胶粉水泥稳定碎石振动击实的试验，对不同掺量的橡胶粉水泥稳定碎石作了论述，旨在能为类似的方面提供参考范例。
参考文献：
[1]蒋应军.基于振动法设计的抗裂型水泥稳定碎石基层应用研究[J].2008（12）.
[2]柴国珺、魏召杰.振动击实法在路面基层、底基层的应用[J].科技信息.2009（25）.